Тэг: сублимационная сушилка

Сублимационная сушилка

При обычной вакуумной сушке влага в пищевых продуктах испаряется из жидкой в ​​паровую фазу. При сублимационной сушке влага удаляется из продукта сублимацией, т. е. превращением льда непосредственно в водяной пар. Поэтому переноса жидкости из центра масс на поверхность не происходит. По мере высыхания слой льда постепенно отступает к центру, оставляя пустые места, ранее занятые кристаллами льда.

Преимущества и недостатки сублимационных сушилок

Преимущества сублимационной сушки:

• высокое сохранение вкуса;
• максимальное сохранение питательной ценности;
• минимальное повреждение структуры и текстуры продукта;
• незначительное изменение формы, цвета и внешнего вида продукта;
• готовые продукты с открытой структурой, обеспечивающей быструю и полную регидратацию.

К недостаткам процесса сублимационной сушки относятся:

• высокие капиталовложения;
• высокие затраты на процесс сушки.

Этапы сублимационной сушки

Процесс сублимационной сушки включает два основных этапа. Сырые фрукты сначала замораживают обычным способом, а затем сушат в вакуумной камере примерно до 2-14% влажности, пока они еще заморожены.

Скорость замораживания может влиять на способность к восстановлению сублимированных пищевых продуктов, поскольку пористая природа продукта контролируется этим фактором. На процесс удаления паров влияют размер, форма и извилистость пор. Как правило, чем выше скорость замораживания, тем меньше пустот и тем медленнее скорость лиофилизации.

Устройство и принцип действия сублимационной сушилки

Наиболее распространенным типом оборудования для сублимационной сушки является система с камерами периодического действия, похожая на полочную вакуумную сушилку, но имеющая специальные функции для удовлетворения потребностей процесса сублимационной сушки. Материал, подлежащий сушке, укладывают на поддоны, расположенные между нагретыми плитами. Пластины имеют электрический или внутренний нагрев паром, горячей водой под давлением или маслом. Перед подачей тепла в камеру необходимо создать вакуум. Вакуум создается либо механическим насосом, либо паровым эжектором. Быстрое вакуумирование камеры необходимо после загрузки продукта, чтобы гарантировать, что не произойдет оттаивание до начала сушки вымораживанием. Вакуумная система должна поддерживать давление ниже 1 Торр, чтобы продукт оставался замороженным, пока вода присутствует во время цикла сушки. Охлаждающие конденсаторы обычно применяются для конденсации водяного пара, удаляемого из продукта. Поверхность охлаждаемого конденсатора должна поддерживаться при более низкой температуре, чем лед внутри продукта, чтобы обеспечить массоперенос. Для повышения устойчивости сублимированных фруктов при хранении обычной практикой является нарушение вакуума в камере по завершении процесса сушки газообразным азотом, что предотвращает мгновенное поглощение кислорода открытыми порами высушенного продукта. Затем продукт, пропитанный азотом, упаковывают в атмосфере азота в герметичные влагонепроницаемые контейнеры.

Большое количество исследований было сосредоточено на методах улучшения теплопередачи во время сушки вымораживанием. Ранняя практика подачи тепла от нагреваемых полок к высушиваемому сырью, помещенному между ними, ограничивала поток пара, а также обеспечивала неравномерный контакт. Чтобы преодолеть это, между полками поддонами с сырьем используются просечно-вытяжные металлические вставки. Этот процесс называется «ускоренной сублимационной сушкой». Для повышения эффективности процесса сублимационной сушки на некоторых заводах используется несколько камер периодического действия. Также имеются системы непрерывного действия. Потенциальный интерес представляет использование гибридных схем сушки, в которых используется положительное влияние сублимационной сушки на клеточную структуру пищевых продуктов, но снижается стоимость процесса за счет удаления части влаги перед замораживанием или сушкой сублимацией.

Продукты сублимационной сушки

Сублимационная сушка применима к широкому спектру фруктовых продуктов. Основной проблемой является его очень высокая стоимость по сравнению с затратами на консервирование, замораживание или другие методы обезвоживания. Сушка вымораживанием оказалась превосходным методом обезвоживания многих распространенных фруктов, включая чернику, вишню и клубнику.

При сублимационной сушке, как и при других способах обезвоживания, трудно обезвоживать большие куски продукта. По мере увеличения размера кусков продукта растут затраты на сушку вымораживанием, проблемы с качеством и проблемы с восстановлением. Более доступным аналогом сублимационных сушилок в настоящее время являются холодные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки. Они позволяют получать сушеные продукты такого же качества, но при меньших затратах.

Атмосферная сублимационная сушилка

Сушка является одним из наиболее важных способов сохранения пищевых продуктов. Но это требует времени, стоит денег и может лишить продукт какого-либо цвета, вкуса или питательных веществ. Сушка — это всегда компромисс, и не все продукты требуют одинакового подхода и конечного результата. Такие характеристики как жевательные или хрустящие, жесткие или ломкие, вяленые или максимально сухие, проваренные, не проваренные или копченые могут быть желательны в различных продуктах.

Холодная сушка против сушки горячим воздухом

Сушка горячим воздухом – это древняя технология. Она проста, быстра и недорога в капитальных затратах, но может повредить термочувствительные соединения и испортить готовый продукт. Тепловые насосы, используемые в атмосферных сублимационных сушилках, в отличие от высокотемпературной традиционной сушки реализуют процесс сушки в замкнутом цикле оборота сухого прохладного воздуха. Атмосферные сублимационные сушилки, работающие по принципу теплового насоса, существенно дороже традиционных сушилок в капитальных затратах, но быстрее окупаются за счет колоссальной экономии электроэнергии и премиального качества получаемых сухих продуктов. За счет этих же преимуществ атмосферные сублимационные сушилки в настоящее все больше доминируют и над популярными вакуумными сублимационными сушилками, которые очень дорого стоят и расходуют много электроэнергии. Атмосферные сублимационные сушилки по-настоящему энергоэффективны. Для сравнения: атмосферная сублимационная сушилка расходует в среднем в 5 раз меньше электроэнергии, чем вакуумная сублимационная. При этом температура сушки 35°С является допустимой для большинства термолабильных веществ пищевого, косметического и фармацевтического сырья. Вакуумная сублимационная сушилка остается на заднем плане и может выйти вперед атмосферной сублимационной сушки только при производстве лекарственных препаратов с сохранением гормональных систем или предельно низкой влажностью 2%.  В остальных случаях более уместно применение атмосферных сублимационных сушилок, работающих по принципу теплового насоса.

При атмосферной сублимационной сушке обезвоживание сырья происходит при атмосферном давлении. Диффузия водяного пара через пористую структуру сырья регулируется в первую очередь градиентом парциального давления водяного пара, не зависящим от абсолютного давления в системе. Тепло, необходимое для сублимации, транспортируется к испаряемой влаге как за счет конвекции сушильной среды к поверхности объекта, так и за счет теплопроводности. Атмосферная сублимационная сушилка состоит из сушильной камеры и блока осушения рабочего сушильного воздуха. Свежие, замороженные и дефростированные продукты сушат на лотках, установленных в мобильные стеллажные тележки подобно конвективной сушке горячим воздухом. Система осушения используется для удаления паров воды из сушильного воздуха, выносящего влагу из сушильной камеры, и для регулирования температуры сушильной камере.

Высушиваемое сырье обезвоживается на лотках, вставленных в мобильные стеллажные тележки, которые полунепрерывно перемещаются в сушильной камере при атмосферном давлении. В результате процесс позволяет сушить нарезанное сырье, которое легко размещается на лотках.

Атмосферные сублимационные сушилки можно использовать либо как автономные сушильные установки, либо для предварительной сушки перед вакуумной сублимационной сушкой, что позволяет удвоить производительность существующей сублимационной сушилки с меньшими затратами. В атмосферных сублимационных сушилках температура готовой продукции никогда не поднимается выше температуры сушильного воздуха, в отличие от вакуумной сублимационной сушилки, где продукт может нагреваться до температуры полки к концу процесса сушки. Подобно вакуумной сублимационной сушилке, сублимационная атмосферная сушилка при атмосферном давлении может высушивать продукты до более высокого качества, чем при конвективной сушке горячим воздухом. Высушенные продукты сохраняют подавляющее большинство питательных веществ при высокой регидратационной способности. Вкус, цвет, аромат и текстура регидратированных продуктов очень похожи на исходное сырье. Атмосферная сублимационная сушилка дает возможность производить и добавлять высококачественные, ароматные сушеные фрукты, ягоды и овощи в различные продукты, такие как здоровые закуски или включать в широкий ассортимент других пищевых продуктов. Например, хмель, высушенный с помощью технологии атмосферной сублимационной сушки, может предложить возможности для еще более широкого ассортимента крафтового пива с уникальным вкусом. Возможности нового использования этих ингредиентов или новых продуктов уже осваивают компании с высоким уровнем маркетинговой активности. Вы тоже можете успеть занять лидирующие позиции в производстве сушеных продуктов премиум класса, ведь этот рынок неустанно продолжает расти.

Сублимационная сушка при атмосферном давлении

Нашим согражданам, стремящимся потреблять более здоровые и натуральные продукты питания, ученые и практики советуют увеличивать ежедневное потребление фруктов и овощей, поскольку их пищевая ценность как источников витаминов, минералов, клетчатки и продуктов с низким содержанием жира хорошо известна и признана. Однако содержание воды в большинстве фруктов и овощей превышает 80%, что ограничивает их срок хранения и делает их более уязвимыми при хранении и транспортировке. Овощи и фрукты можно сделать более приемлемыми для потребителей путем сушки. Кроме того, существует перспективный рынок сушеных фруктов и овощей, что повышает важность сушки в настоящее время. В России, как и в других странах, большие потери фруктов и овощей обычно происходят в пиковые сезоны и далее в складском и торговом обращении, и многие пока практикуют для хранения фруктов и овощей специальные энергозатратные холодильные условия. Хотя сушка тоже является энергоемкой операцией, она показывает лучшие перспективы в плане сохранности пищевой ценности продукции, а также в сроках хранения продуктов, которые близятся к 2 годам. Помимо этого, сушка посредством уменьшения насыпного веса и объема продуктов позволяет экономить на складских и транспортных затратах, перевести скоропортящиеся продукты (излишки) в стабильные формы (например, сушеное яблоко).

Также сушка выгодно себя показывает в аспекте производства ингредиентов и добавок в промышленной переработке (так называемые промежуточные пищевые продукты, такие как овощи для супов, лук для вареного мяса, фрукты для тортов, связующие вещества, ароматизаторы, пищевые красители, гелеобразующие и эмульгирующие белки и для получения полуфабрикатов (картофельных хлопьев, растворимых напитков, сухих завтраков, сухофруктов для использования в качестве закусок и т. д.) с характеристиками быстрого восстановления и хорошими сенсорными качествами для специального использования, например, в торговых автоматах, или непосредственно для потребителей.

В процессе сушки требуется тепло для испарения влаги из продукта и поток воздуха для отвода испарившейся влаги, что делает сушку энергозатратной операцией, если, конечно речь не идет о холодных атмосферных сушилках, работающих по принципу теплового насоса.

Технология холодной атмосферной сушки (теплового насоса)

Технология теплового насоса успешно используется для сушки сельскохозяйственных продуктов. Этот тип сушки отлично подходит для производства высококачественной сельскохозяйственной продукции, особенно фруктов и овощей. До сих пор происходит много потерь продовольствия из-за неадекватных методов хранения и обработки, а традиционные методы конвективной инфракрасной сушки не могут похвастаться высоким качеством готовой продукции, поэтому холодные атмосферные сушилки очень востребованы в странах СНГ.

Сушка тепловым насосом также требует меньшего времени сушки, чем другие методы сушки, и ее конструкция, управление и обслуживание довольно просты, что делает холодные атмосферные сушилки доступным и удобным инструментом для стран СНГ. Поскольку сушка тепловым насосом является низкотемпературным процессом сушки, она дает двойное преимущество по сравнению с обычной, распространенной и ненадежной конвективной инфракрасной сушкой. 

Капитальные и эксплуатационные затраты процесса холодной атмосферной сушки

Несмотря на то, что сушилки с тепловым насосом требуют больше инвестиционных затрат, снижение переменных затрат на электроэнергию для их эксплуатации обосновывает их преимущество перед другими традиционными методами сушки. Сушилки с тепловым насосом экономически эффективны во многих областях сушки, поскольку они могут извлекать и использовать скрытую энергию воздуха и водяного пара для сушки продукта. Сушилка с тепловым насосом потребляет всего около 0.5 кВт электроэнергии на 1 кг испаренной влаги. Поэтому для холодных атмосферных сушилок общая стоимость удаления литра воды из продукта значительно ниже, чем при сушке в традиционных сушилках. Благодаря этому более высокие капитальные затраты при приобретении сушилки быстро нивелируются, и далее окупаются на фоне низких эксплуатационных затрат, и все это при потрясающем качестве готовых продуктов, с которым можем посоперничать только более дорогостоящая вакуумная сублимационная сушилка.

Принцип действия сублимационной атмосферной сушилки и качество готовой продукции

Сублимационная атмосферная сушилка имеет возможность восстанавливать скрытую и явную теплоту путем конденсации влаги из сушильного воздуха, чего другие методы сушки сделать не могут. Восстановленное тепло возвращается в сушилку за счет нагревания осушенного сушильного воздуха,  следовательно, эффективность использования энергии существенно повышается в результате рекуперации тепла, которое иначе теряется в атмосфере в обычных сушилках. Это обеспечивает сушку при более низких температурах, меньшую стоимость и работу даже во влажных условиях окружающей среды. 

Цели сушки в пищевой промышленности можно разделить на три группы, а именно:

• экономические;
• экологические;
• качество готовой продукции. 

Технология холодной атмосферной сушки достигает всех этих целей за счет сушки в экологически чистых условиях, поскольку газы и пары не выделяются в атмосферу и работают независимо от погодных условий окружающей среды. Кроме того, резко снижается потребление энергии (экономия затрат на энергию составляет от 60% до 80%), а качество продукции сохраняется наилучшим образом. Кроме того, ароматный конденсат удаленной влаги можно сохранять, накапливать в буферной емкости и потом использовать в смесевых продуктах. Также имеется потенциал для извлечения ценных летучих веществ из конденсата холодных атмосферных сушилок.

При сушке тепловым насосом микробная безопасность сводится к минимуму. Сушильные машины с тепловым насосом способны повысить микробную безопасность пищевых продуктов, поддерживая данные относительной влажности во время сушки на приемлемо низком уровне. Кроме того, рабочая температура осушителей с тепловым насосом не ограничивается влажностью окружающей среды. Рециркуляция воздуха в сушилках с тепловым насосом не представляет серьезной проблемы готовой продукции: сушеных плодов, ягод, лекарственного растительного сырья, а также мясных продуктов. Это связано с тем, что сушилка с тепловым насосом не поддерживает большое количество микробов на змеевиках или в любом другом месте сушилки. Однако во избежание накопления микробной активности, как и в любых процессах пищевой промышлености, стерилизацию необходимо проводить своевременно. Лучшим способом стерилизации в данном случае является озонирование воздуха рабочих зон и камер сушилки. Разумная периодичность озонирования  - 1 раз в неделю.

Ухудшение цвета является основной причиной потерь при сушке пищевых продуктов. Цвет продуктов очень важен с точки зрения потребительских свойств. Ферментативное побурение при сушке – это проблема традиционных способов сушки, связанная с температурным фактором процесса, чего лишена наша сублимационная атмосферная сушилка, которая сушит сырье при температуре всего 30°С.

Влияние сушки при постоянной температуре на качество продукции хорошо известно. Большинство параметров качества продукта, таких как содержание продуктов ферментативного потемнения и аскорбиновой кислоты, часто проявляются в виде постепенного снижения с повышением температуры сушки. При холодной атмосферной сушке содержание аскорбиновой кислоты в кусочках может быть увеличено в среднем на 20% по сравнению с температурной конвективной сушкой без увеличения времени сушки. 

Кроме того, концентрация летучих соединений, обеспечивающих аромат и биологическую активность сырья, обычно увеличивается при сушке, особенно при более низких температурах, типичных для сушки тепловым насосом. При сравнении различных типов сушилок, а именно, сушилки в конвективной камере, в туннельной сушилке и холодной атмосферной сушилке, сушилка с тепловым насосом является лучшей системой для сохранения летучих соединений в нарезанных сухофруктах с точки зрения лактонов и терпеноидов среди трех методов сушки. Этот эффект высокой сохранности веществ был также промышленно апробирован нашими клиентами на лекарственном сырье в процессе сушки корня родиолы розовой. Промышленные испытания показали содержание розавина в готовом сушеном корне почти в 2 раза выше, чем при традиционных методах сушки. Эти факты выгодно представляют холодную атмосферную сушилку, как современный инструмент промышленной сушки, позволяющий обеспечивать высокую сохранность нативных веществ сырья. Имбирь, высушенный в сушилке с тепловым насосом, сохраняет более 26% гингерола, основного летучего ароматического компонента, ответственного за его остроту, по сравнению с коммерческими образцами, высушенными с помощью традиционных методов сушки, обеспечившими сохранность этого вещества на уровне менее 20%. Более высокое удержание летучих веществ в имбире, высушенном с применением холодной атмосферной сушилки, обусловлено низкой температурой сушки.  То же правило действительно и для чеснока, острота которого полностью сохраняется при сушке в нашей сублимационной атмосферной сушилке.

Это свойство холодной атмосферной сушки особенно ценно в производстве сушеных пищевых продуктов премиум-класса, а также в переработке лекарственного сырья. Прием высокой сохранности вкуса, цвета, аромата и биологически активных веществ сырья в процессе холодной атмосферной сушки мы сами и наши клиенты используем на производстве плодово-ягодных снеков, густых, сухих и СО2-экстрактов, в том числе с применением линий экстракции, концентрирования и сушки нашего изготовления, которые вы также можете приобрести у нас.  

Во время сушки можно наблюдать важные изменения в структурных свойствах фруктов и овощей по мере удаления воды из влажного материала. Регидратация – это процесс увлажнения сухих пищевых материалов. В большинстве случаев сушеные продукты перед приготовлением или употреблением замачивают в воде, поэтому регидратация является очень важным критерием. Факторы, влияющие на процесс регидратации, включают пористость, капиллярность и наличие полостей вблизи поверхности продукта, температуру, захваченные пузырьки воздуха, аморфно-кристаллическое состояние, растворимые твердые вещества, рН воды для замачивания и уровень сухости. Более быстрая и полная регидратация достигается на продуктах, высушенных в холодной атмосферной сушилке, что делает технологию сушки с тепловым насосом еще более привлекательной.

О технологиях сушки пищевых продуктов

На рынке сушильного оборудования можно найти четыре основных вида сушилок для плодово-ягодного и лекарственного сырья:

• сублимационные;
• камерные вакуумно-импульсные;
• камерные конвективные «холодные» по принципу теплового насоса;
• камерные конвективные «горячие».

Самыми распространенными со времен Советского Союза являются камерные конвективные горячие ленточные и туннельные сушилки непрерывного действия с высокой температурой сушки. Такие сушилки высокопроизводительны, удобны в эксплуатации, но значительно уступают вакуумно-импульсным, сублимационным и камерным холодным сушилкам по качеству готовой продукции.

Сушка пищевых продуктов при низкой температуре

Для получения продукции высокого качества применяют вакуумно-импульсные, сублимационные и камерные холодные сушилки. Если конечной целью не является сушка с сохранением исходных ферментных и гормональных систем сырья (кровь, сыворотка, гормональные препараты и т.д.), то сублимационные сушилки при оценке капитальных и эксплуатационных затрат являются неоправданно дорогими. При приобретении сублимационной сушилки покупатель несет затраты в 7-18 раз выше затрат на приобретение вакуумно-импульсной или камерной холодной сушилки. При эксплуатации затраты на 1 кг выпущенной продукции – в 1.5 раза выше.

Инновационное оборудование для бережной сушки

Гораздо выгоднее на этапе приобретения и в эксплуатационном плане при сушке плодово-ягодного и лекарственного сырья смотрятся вакуумно-импульсные и камерные холодные сушилки, которые имеют большую производительность, потребляют меньше энергии на процесс удаления влаги и при этом стоят дешевле сублимационных (см. таблицу 1).

Применение высокопроизводительных ленточных сушилок технологически и экономически целесообразно на первых этапах влагоудаления, когда высокая температура сушки наименее губительна для термолабильных веществ сырья. А в случае применения ленточных сушилок, работающих по принципу теплового насоса, качество получаемых продуктов сопоставимо с качеством продуктов сублимационной и вакуумно-импульсной сушки. 

Современный сушильный комплекс должен быть комбинированным и состоять из различных видов сушильного оборудования с целью производства высококачественных продуктов различных категорий с высокой экономической эффективностью.

Таблица 1 – Сравнение различных способов сушки